本节介绍两个异步电动机变频调速系统的实例。

4.3.4.1　模拟正弦PWM变频调速系统

模拟控制的正弦PWM变频调速系统电气原理如图4.38所示。

图4.38　模拟控制变频调速原理图

从图4.38中可以看出，变频调速系统包含变频器主电路和控制系统两大部分。变频器主电路为交—直—交电压型变频器，主电路中并未画出功率晶体管的过电压保护。控制系统由方波频率发生器SPWM信号发生器、基极驱动电路和过电流、欠压保护环节组成。

图4.39　用8038构成的方波频率发生器

方波频率发生器产生三个适应于HEF4752芯片所需的时钟输入信号，它们均由单片机函数发生器8038产生。8038本身可以发生方波、三角波、正弦波信号，通过改变外接的RC参数来改变这些信号的频率。本系统使用方波输出信号，应用电路原理如图4.39所示。

调速系统三相SPWM调制信号由大规模集成电路HEF4752产生。系统过流或电源失压由相应的检测装置检测后，送至HEF4752的启/停控制端，封锁基极驱动信号输出保证系统安全运行。

采用8038和HEF4752构成的模拟控制正弦PWM变频调速系统结构简单、工作可靠，适用于中小容量的变频调速系统。

4.3.4.2　μPD7801单片机控制变频调速系统

采用μPD7801单片微型计算机控制的变频调速系统结构图如图4.40所示，此系统包括：变频器主电路、基极驱动电路、单片机控制系统、PWM信号形成、频率显示和保护电路等主要环节。

图4.40　单片机控制变频调速框图

1.变频器主电路

变频器主电路为交—直—交电压型变频器电路。整流器采用三相不可控桥式整流模块，由于整流模块直接供380V电，故模块的额定电压应大于或等于900V，滤波电容应选用高压电容。因三相整流电压Ud=1.5×380=510（V），考虑电压峰值，故选用两个的电解电容串联。

逆变器功率元件采用大功率晶体管模块，而在小容量系统中可采用六单元晶体管模块，在中等容量系统中采用三个两单元的晶体管模块，模块的额定电压应不小于1000V，每个晶体管并联一个RCD网络作为过电压保护。

2.基极驱动电路

为了简化系统结构，提高工作可靠性，基极驱动电路采用MPD1203厚膜电路。MPD1203集光电隔离与驱动电路于一身，单电源+5V供电，最大驱动功率210MW，开关时间小于10ms。由MPD1203构成的基极驱动电路如图4.41所示。

图4.41　基极驱动电路

当输入信号为高电平时，MPD1203厚膜电路1、2脚间的发光二极管导通，由MPD1203的5脚输出正的基极电流，使得GTR导通。

当输入信号为低电平时，电容C经GTR的e、b和MPD1203的4脚及内部电路放电，为GTR提供负的基极电流，加快GTR的关断。(www.daowen.com)

3.SPWM脉冲形成

正弦PWM脉冲信号采用大规模集成电路HEF4752产生，其输入时钟信号FCT、VCT、OCT、RCT由μPD7801单片机改变计数常数后送至可编程计数器8254，经可编程计数器8254输出改变的方波信号来获得。采用专用SPWM芯片“HEF4752”使系统可靠性好，应用方便，编程简单，易于实现。

4.单片微机控制系统

单片微机控制系统由EPROM2764和74LS373构成最小微机系统，最终完成对给定频率采样、输出相应频率的计数、频率显示和对频率的监控。微型控制系统硬件结构如图4.42所示。

图4.42　微机控制系统结构框图

μPD7801单片机芯片内含有8路输入通道的A/D转换器；一个多功能的16位定时/计数器，可作定时器、事件计数器、频率测量、脉宽测量和可编程方波发生器；两个可编程8位定时器可链成一个16位定时器，并能输出定时信号；五个功能齐备的I/O口，可以做输入/输出方式或控制方式，或作数据/地址总线，还可用作串行接口。

单片机定时对频率给定信号进行采样，在A/D转换后，经数字处理为适合8254的可编程计数器，8254在装入由单片机输出的计数常数后，产生相应频率的方波信号。只要改变输出的计数常数，8254输出的方波信号频率也相应改变。这个方波信号可作为PWM芯片HEF4752的时钟输入信号FCT。因此，调节频率给定信号，改变了8254的计数常数，也即改变了HEF4752中FCT的频率，从而改变逆变器输出频率，实现变频调速。

另外，单片机还监控调速系统的工作，显示输出频率。当调速系统过流、欠压故障发生时，单片机从PC4送出低电平信号，封锁HEF4752的输出信号，保证系统安全工作，同时在显示器上显示OL、OFF等字符。

5.控制系统应用软件

控制系统应用软件包括主程序、定时器中断服务程序和INT1保护中断服务程序。

主程序框图如图4.43所示，包含有初始化子程序和显示子程序。初始化子程序由μPD7801单片机对可编程计时器8254和PWM芯片HEF4752进行初始化，并对单片机本身的各PIO口、定时器等设定工作方式。

图4.43　主程序框图

主程序中还对过流、欠压故障进行查询，一旦出现故障，立即封锁HEF4752，并显示相应的字符。

定时器中断服务程序框图如图4.44所示，其主要功能是能对频率给定信号进行定时采样，根据采样的结果作适当的处理，如进行启动、制动和低速电压补偿，然后把频率给定数据送到频率显示数据缓冲区。

INT1过流保护中断服务程序如图4.45所示，当过流发生时，CPU置L为低电平，封锁HEF4752的PWM驱动信号，保护变频器主电路免于过电流。

图4.44　定时器中断服务程序

图4.45　INT1中断保护服务程序

采用μPD7801单片微机和PWM集成电路HEF4752相结合组成PWM变频调速系统，对提高调速系统可靠型和降低成本有较大的现实意义，并为引入其他保护、调节功能和矢量变换控制留下应用空间。

对于熟悉MCS-51、80C51系列单片机的读者也可用8031、80C552、构成相似的控制系统。